人教版新高考物理一轮总复习训练题热力学定律

考点规范练45　热力学定律

一、单项选择题

1.在一锅正在沸腾的水中,一个小气泡由底层缓慢地升到液面,上升过程中气泡的压强不断减小,则气泡在上升过程中(　　)

A.内能增大 B.内能减小

C.外界对气泡做功 D.吸收热量

2.对于一定质量的理想气体,下列说法正确的是(　　)

A.保持气体的压强不变,改变其温度,可以实现其内能不变

B.若气体的温度逐渐升高,则其压强可以保持不变

C.气体温度每升高1 K所吸收的热量与气体经历的过程无关

D.当气体体积逐渐增大时,气体的内能一定减小

3.(2020·江苏徐州期中)下列说法正确的是(　　)

A.因为能量守恒,所以能源危机是不可能的

B.摩擦力做功的过程,必定有机械能转化为内能

C.热力学第二定律可表述为所有自发的热现象的宏观过程都具有方向性

D.第二类永动机不可能制造成功的原因是违背了能量守恒定律

4.如图所示,在实验室某同学用导热性能良好的汽缸和活塞将一定质量的理想气体密封在汽缸内(活塞与汽缸之间无摩擦)。用滴管将水缓慢滴在活塞上,在此过程中(　　)

A.气体对外界做功,气体内能减小

B.外界对气体做功,气体内能增加

C.外界对气体做功,气体内能不变

D.气体从外界吸热,气体内能不变

5.如图所示,水平放置的封闭绝热汽缸,被一锁定的绝热活塞分为容积相等的a、b两部分。已知a部分气体为1 mol氧气,b部分气体为2 mol氧气,两部分气体温度相等,均可视为理想气体。解除锁定,活塞滑动一段距离后,两部分气体各自再次达到平衡态时,它们的体积分别为Va、Vb,温度分别为Ta、Tb。下列说法正确的是(　　)

A.Va>Vb,Ta>Tb B.Va>Vb,Ta<Tb

C.Va<Vb,Ta<Tb D.Va<Vb,Ta>Tb

二、多项选择题

6.关于热力学定律,以下说法正确的是(　　)

A.热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的体现,否定了创造和消灭能量的可能性,告诉我们第一类永动机不可能制成

B.热力学第二定律反映了一切与热现象有关的宏观自然过程都具有方向性,告诉我们第二类永动机不可能制成

C.做功和热传递都能改变物体的内能,根据最后的结果可以区分是做功还是热传递使物体温度升高的

D.热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化,热力学第二定律指出内能不可能完全转化为机械能,故二者是相互矛盾的

7.如图所示,一定质量的理想气体从状态a开始,经历过程①、②、③、④到达状态e。对此气体,下列说法正确的是(　　)

A.过程①中气体的压强逐渐减小

B.过程②中气体对外界做正功

C.过程④中气体从外界吸收了热量

D.状态c、d的内能相等

8.如图所示,试管的一端插在水银槽中,另一端封闭有理想气体。试管内有一段水银柱,降低封闭气体温度,以下说法正确的是(　　)

A.试管中的水银柱高度下降

B.封闭气体压强减小

C.封闭气体的体积与压强乘积变大

D.气体内能的变化值小于气体放出的热量

9.标准大气压下,1 g水在沸腾时吸收了2 260 J的热量后变成同温度的水蒸气,对外做了170 J的功。已知阿伏加德罗常数NA=6.0×1023 mol-1,水的摩尔质量M=18 g/mol。下列说法正确的是(　　)

A.分子间的平均距离增大

B.水分子的热运动变得更剧烈了

C.水分子总势能的变化量为2 090 J

D.在整个过程中能量是不守恒的

三、非选择题

10.(2020·贵州贵阳九中月考)如图所示,导热性能良好的汽缸高l=50 cm,开口向上置于水平地面上。汽缸中有横截面积S=10 cm2、质量m=2 kg的光滑活塞,开始时活塞正好位于汽缸顶部将一定质量的理想气体封闭在汽缸内。外界温度t0=27 ℃、大气压p0=1×105 Pa,汽缸和活塞的厚度均可忽略不计,g取10 m/s2。

(1)将汽缸固定在地面上,如果气体温度保持不变,在活塞上轻轻放一个物体,活塞下降并稳定停在距离底部l处,求所放物体的质量。

(2)放上物体并稳定后,外界温度缓慢升高,使活塞重新上升l0=4 cm,则此时外界温度为多少?若该过程中气体内能增加5 J,则该过程中气体吸收的热量是多少?

考点规范练45　热力学定律

1.D　解析:在沸腾的水中,此环境下,气泡的温度恒定,则气泡的内能不变,故A、B错误。根据玻意耳定律,pV=C,气泡在上升过程中,压强减小,则体积增大,即气泡对外做功,故C错误。通过上述分析,得知气泡内能不变,且对外做功,根据ΔU=W+Q,则气泡吸收了热量,故D正确。

2.B　解析:一定质量的理想气体的内能仅决定于温度,A错误。一定质量的理想气体可以经历等压膨胀的过程,温度升高,压强不变,B正确。做功和热传递都可以改变气体的内能,做功和热传递使气体温度升高1 K,气体吸收的热量不同,C错误。气体体积增大时,温度可能不变,可能升高,也可能降低,D错误。

3.C　解析:虽然能量守恒,但有些能量是可利用的,有些是不容易利用的,因此能源危机是存在的,A错误。摩擦力做功的过程,如果没有发生相对滑动,就没有机械能转化为内能,B错误。热力学第二定律可表述为所有自发的热现象的宏观过程都具有方向性,C正确。第二类永动机不可能制造成功的原因是违背了热力学第二定律,D错误。

4.C　解析:将水缓慢滴在活塞上,压缩气体,气体的体积减小,外界对气体做功,W为正值,由导热性能良好知气体的温度不变,内能不变,据热力学第一定律W+Q=ΔU,得Q为负值,气体放热,选项C正确。

5.D　解析:解除锁定前,两部分气体温度相同,体积相同,由pV=nRT可知b部分气体压强大,故活塞左移,平衡时Va<Vb,pa=pb;活塞左移过程中,a部分气体被压缩,内能增大,温度增大,b部分气体向外做功,内能减小,温度减小,平衡时Ta>Tb。

6.AB　解析:做功和热传递都能改变物体的内能,根据最后的结果无法判断是做功还是热传递使物体温度升高的,选项C错误。热力学第一定律是能量守恒定律在热现象中的体现,热力学第二定律则指出了能量转化的方向性,二者并不矛盾,选项D错误。

7.BD　解析:过程①是等容变化,温度升高,压强增大,故A项错误。过程②中,体积增大,气体对外做功,故B项正确。过程④是等容变化,温度降低,放出热量,故C项错误。过程③是等温变化,温度不变,故状态c、d的内能相等,故D项正确。

8.BD　解析:根据理想气体状态方程=C可知,降低封闭气体温度,封闭气体的体积与压强乘积变小;如果封闭气体体积不变,降低封闭气体温度,压强减小,则试管中的水银柱高度上升,故A、C错误,B正确。由热力学第一定律ΔU=Q+W可知,由于降低封闭气体温度过程中外界对气体做功,则气体内能的变化值小于气体放出的热量,故D正确。

9.AC　解析:液体变成气体后,分子间的平均距离增大了,A正确。温度是分子热运动剧烈程度的标志,由于两种状态下的温度是相同的,故两种状态下水分子热运动的剧烈程度是相同的,B错误。水发生等温变化,分子平均动能不变,因水分子总数不变,分子的总动能不变,根据热力学第一定律ΔU=Q+W,可得水的内能的变化量ΔU=2 260 J-170 J=2 090 J,即水的内能增大2 090 J,则水分子的总势能增大了2 090 J,C正确。在整个过程中能量是守恒的,D错误。

10.解析:(1)开始时,V1=l1S,压强为p1=p0+=1.2×105 Pa①

活塞下移到时,V2=S

设此时气体的压强为p2,对所封闭的气体,活塞向下移动时,气体发生等温变化

根据玻意耳定律有p1V1=p2V2 ②

解得p2=1.5×105 Pa③

设所放物体的质量为m',此时对活塞有p2S=p0S+mg+m'g ④

解得m' =3 kg。

(2)对所封闭的气体,开始时V2=S,T2=300 K

温度升高后V3=S

设此时的温度为T3,此过程为等压过程,根据 ⑤

解得T3=330 K=57 ℃⑥

该过程中气体对活塞做功,得W=-p2SΔl ⑦

由热力学第一定律可得ΔU=W+Q ⑧

解得Q=11 J。 ⑨

答案:(1)3 kg　(2)57 ℃　11 J